Крит

Крит
Шифр эксперимента: Крит
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Исследование критических и околокритических явлений в условиях микрогравигации
Цель эксперимента:

Цель эксперимента заключается в исследовании конвекции и теплопереноса в критической и околокритической жидкости, вызванных воздействием фоновых микроускорений и создаваемых контролируемых микроускорений.

Описание эксперимента:

Космический эксперимент «Исследование критических и околокритических явлений в условиях микрогравитации» (шифр КЭ «Крит») состоит в исследовании конвекции и теплопереноса в критической и околокритической жидкости, вызванных воздействием фоновых микроускорений и создаваемых контролируемых микроускорений (поступательные вибрации, качания, квазистатические ускорения и т.д.). Проект опирается на предварительные наземные исследования и эксперименты авторов на прецизионных термостатах в составе прибора "Алис" и численное моделирование процессов в околокритических жидкостях для исследуемых объектов. Кроме того, подобные космические эксперименты уже проводились авторами на орбитальной станции "Мир". Объектом исследований является жидкость, находящаяся вблизи критических параметров, Т=(Тс+5мК) ? (Тс +5К). В качестве исследуемой жидкости используется шестифтористая серу (SF6), критические параметры которой составляют : температура 45,5°С, давление 37,6 атм и плотность 0,73г/см3. Исследуемые образцы заключаются в сменный термостатируемый блок прибора, обеспечивающий точность поддержания температуры ± 5мК.

Новизна эксперимента:

В отличие от экспериментов, выполненных на ОС «Мир», исследуемая жидкость помещается в ячейки разной геометрии: цилиндрическую ячейку с подогревом части боковой поверхности цилиндра, прямоугольную ячейку с подогревом боковой поверхности, цилиндрическую ячейку с подогревом торцов и цилиндрическую ячейку с точечным подогревом внутри жидкости, что позволяет проводить исследования с точно определенными граничными условиями, позволяющими проверять и уточнять математические модели, связанные с тепломассопереносом в критических и околокритических жидкостях.

Научная аппаратура:

В эксперименте "Крит" используется НА "Алис-М".

Состав и характеристики НА «Алис-М»

• блок измерений (БИ);

• комплект сменных ячеек

• универсальная платформа (УП)

• блок электроники (БЭ);

• блок управления и сбора данных (БУСД);

• комплект кабелей.

Блок измерений включает в себя:

• корпус

• оптическую плиту

• термостат для установки сменных ячеек с исследуемой жидкостью;

• оптическую системы;

• датчики температуры, давления и микроускорений

• крепежные и соединительные деталей и узлов.

Термостат и оптическая система устанавливаются на оптическую плиту. Внутри термостата устанавливаются сменные ячейки с исследуемой средой.

Комплект сменных ячеек включает в себя сменные ячейки четырех типов:

• Цилиндрическая ячейка с подогревом части боковой поверхности. Ячейка должна состоять из корпуса, двух оптических стекол и цилиндрической обечайки, помещаемой между оптическими стеклами.

• Цилиндрическая ячейка с подводом тепла в центре. Ячейка должна состоять из корпуса, двух оптических стекол и цилиндрической обечайки, помещаемой между оптическими стеклами. Подвод тепла должен осуществляться в центре ячейки.

• Кубическая ячейка с подогревом одной из стенок. Ячейка должна состоять из корпуса, двух оптических стекол и обечайки квадратного сечения, помещаемой между оптическими стеклами. Непрозрачная цилиндрическая ячейка с подогревом одного из торцов.

Оптическая система выполнена на основе интерферометра Тваймана-Грина и состоит из следующих узлов:

- источника света;

- системы зеркал;

- приемника изображений.

Датчики температуры представляют собой термометры сопротивления и/или термопары и размещаются в ячейке и на обечайках термостата. Датчик давления (резистивный и/или пьезоэлектрический) размещается в ячейке. Трехкомпонентный датчик микроускорений размещается в непосредственной близости от термостата.

Универсальная платформа* содержит

- раму;

- вибратор;

- электродвигатель;

- комплект упругих элементов для подвески БИ к раме.

*Примечание: В КЭ используется виброзащитная платформа (ВЗП-У), обеспечивающая необходимые условия для выполнения экспериментов, а именно – обеспечение виброзащиты научного оборудования и создания заданных контролируемых вибровоздействий на объекты исследований.

Блок электроники содержит электронные преобразователи сигналов датчиков температуры, давления и микроускорений, блок термостатирования и блок питания.

Блок управления и сбора данных состоит из персонального компьютера с комплектом программного обеспечения, интерфейсов и блока питания.

Напряжение питания - 28,5+0,5 - 5,5 В, максимальная потребляемая мощность установки не более 200 Вт.

Ожидаемые результаты:

Получение фундаментальных знаний об особенностях теплопереноса и динамики околокритической жидкости.

Построение адекватных моделей процессов переноса в околокритической жидкости для разработки технических устройств и химических реакторов, использующих околокритическое состояние жидкости в новых процессах химической технологии (разделение веществ, «холодное горение», уничтожение вредных отходов).

Полученные результаты:

В экспериментах на ОС «Мир» впервые наблюдалась конвекция околокритической жидкости, вызванная заданными и случайными вибрациями, предсказанная теоретическими работами российских учёных.

Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Организации участники: Пермский государственный национальный исследовательский университет (ПГУ) – разработчик НА, РКК «Энергия», ФГУП ЦНИИмаш, ФГБУ «НИИ ЦПК им.Ю.А. Гагарина»
Научный руководитель: Полежаев В.И., Институт проблем механики РАН, главный научный сотрудник д.ф.-м.н., профессор
Публикации по эксперименту:

1. Avdeev S.V., Ivanov A.I., Putin G.F., Beysens D., Garrabos Y., Zappoli B et al. Experiments on the Far and Near Critical Fluid aboard «MIR» Station with the Use of «ALICE-1» Instrument // Proceedings of Joint Xth European and VIth Russian Symposium on Physical Sciences in Microgravity. St. Petersburg. 1997. V. 1. P. 333 - 340.

2. Полежаев В.И., Емельянов В.М., Путин Г.Ф., Зюзгин А.В., Иванов А.И, Калмыков А.В., Сазонов В.В., Левтов В.Л., Романов В.В. Влияние вибраций на тепломассоперенос в околокритической жидкости в условиях невесомости (постановка и предварительные результаты эксперимента «Алис-2-Вибро, станция Мир, февраль-март 1999 г.). // Механика невесомости и гравитационно-чувствительные системы. Аннотации докладов научно-исследовательского семинара. Институт проблем механики РАН. 1999. С.26.

3. Горбунов А.А., Емельянов В.М., Иванов А.И., Калмыков А.В., Леднев А.К., Полежаев В.И. Измерительно-вычислительный комплекс для исследований течений околокритической жидкости на основе установки АЛИС-1 // Сб. трудов VII Российского симпозиума «Механика невесомости. Итоги и перспективы фундаментальных исследований гравитационно-чувствительных систем». Москва. 2000. С. 181 – 202.

4. Зюзгин А.В., Иванов А.И., Полежаев В.И., Путин Г.Ф., Соболева Е.Б. Исследование околокритической жидкости в условиях микрогравитации: эксперименты на станции «Мир» и численное моделирование // Космонавтика и ракетостроение. Вып. 19. ЦНИИМаш. Москва. 2000. С. 56 – 63.

5. Полежаев В.И., Емельянов В.М., Иванов А.И., Калмыков А.В., Бейсанс Д., Гаррабос И. Экспериментальное исследование влияния вибраций на процессы переноса в сверхкритической жидкости в условиях микрогравитации// Космические исследования. 2001. Т. 39. № 2. C. 201 – 206.

6. Polezhaev V.I., Putin G.F., Ivanov A., Beysens D., Garrabos Y., Zappoli B. еt al. Study of Near-Critical Fluid on «Mir» Using the ALICE-1 Instrument // Proceedings of International Symposium «International Scientific Cooperation onboard Mir». Lyon. 2001. P. 309 – 316.

7. Зюзгин А.В., Иванов А.И., Полежаев В.И., Путин Г.Ф., Соболева Е.Б. Конвективные движения околокритических жидкостей в условиях реальной невесомости // Космические исследования. 2001. Т. 39. № 2. C. 188 – 200.

8. Зюзгин А.В., Иванов А.И., Полежаев В.И., Путин Г.Ф. О конвекции околокритической жидкости в условиях реальной невесомости на орбитальной станции «Мир» // Сб. «Вибрационные эффекты в гидродинамике», вып. 2. Пермский университет. Пермь. 2001. С. 110 – 129.

9. Ivanov A., Putin G., Garrabos Y., Beysens D. et al. An Experimental Study of the Effect of Controlled Accelerations on Transport Phenomena in Supercritical Fluids. Organization, Carrying out and Preliminary Results of the Experiments with ALICE-2 Instrument onboard «Mir» Station // Proceedings of International Symposium «International Scientific Cooperation onboard MIR». Lyon. 2001. P. 283 – 289.

Последнее обновление: 07.06.2019
Задачи эксперимента:

• Изучение распространения тепловой волны и конвективных течений в критических и околокритических средах, возникающих под влиянием различных составляющих микрогравитационного поля и искусственных вибрационных и механических воздействий.

• Сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов, опирающихся на различные модельные представления о свойствах околокритических жидкостей и газов.
Постановщики эксперимента: Левтов В.Л., Полежаев В.И.
Страна: Россия